Када сунчеви зраци пролазе кроз капљице воде у атмосфери, оне се понашају као призме, преламајући светлост и стварајући овај спектакл на небу
Текст: Борис Клобучар
Дуга настаје због преламања светлости. Она није на некој одређеној удаљености од посматрача, већ је ништа друго него оптичка илузија. Након кише, у атмосфери су концентроване капљице воде. Када кроз њих пролази бела сунчева светлост, оне се понашају као призме, и долази до преламања и рефлексије унутар капи. Светлост се прелама, односно рефрактује при уласку на површину капи, одбија у унутрашњости, а затим поново прелама при изласку из капљице.
Физика дуге
Сунчев зрак је ништа друго него електромагнетно зрачење које у себи садржи видљиву, инфрацрвену и ултраљубичасту светлост, а свака од “боја”, биле оне видљиве за наше око или не, има своју таласну дужину. Наравно, одређени део се филтрира, односно не пролази кроз атмосферу наше планете. Светлост која долази до капљица се прелама на широком опсегу углова. Угао под којим се светлост прелама не зависи од величине капи, већ од таласне дужине, односно боје светлости. Ова појава се назива дисперзија. Угао такође зависи и од индекса преламања капљице. То значи да, на пример, капи морске воде другачије преламају светлост него капи слатководне или неутралне воде.
Највише светлости се одбија на углу од око 42°. Управо под тим углом, у односу на хоризонт, се дуга најбоље види. Уколико је угао много већи од овог, дуга је испод хоризонта, па је не можемо видети. Плава светлост се одбија под нешто већим углом него црвена; међутим, због одбијања светлости унутар капљице, плаву светлост видимо са унутрашње стране лука, док је црвена са спољашње. Уколико се налазимо у авиону, угао под којим видимо зраке је другачији, па можемо видети дугу и када је сунце високо над хоризонтом. Сличан је случај и када гледамо кроз капљице водопада или фонтане, јер су тада капи пуно ближе нашем оку.
Самоорганизована критичност
Међутим, ово није све што је потребно да бисмо могли да видимо дугу. Капљица воде има увек у атмосфери, и светлост се кроз њих стално прелама. Како онда не видимо дугу сваки пут када нам светлост Сунца долази под одговараућим углом?
Тајна је у томе што је дуга један од такозваних феномена самоорганизоване критичности (енг. self organized criticality). То је један статистички феномен у физици, и изражава се код система са критичном тачком. У случају дуге, постоји одређена концентрација капљица у атмосфери која је потребна да би се oна појавила. Та концентрација се назива критичном концентрацијом, и тек када се достигне њена вредност, постојаће довољна количина светлости са истим карактеристикама да би је наше око регистровало.
Дуга је у различитим светским културама увек са собом носила дозу мистике и била предмет многих легенди. Римљани су је сматрали за добар знак бога Сунца Сола, а древна индијанска племена су веровала да је дуга мост између живота и смрти. Популарна ирска легенда говори да испод дуге вилењаци остављају ћупове са златом.
Посебне дуге
Уколико нема превише загађења у атмосфери, на небу се понекад може видети и двострука дуга. Овај посебан случај настаје услед двоструког одбијања светлости унутар капи уместо само једног. Управо због двоструког одбијања, редослед боја у секундарном луку је обрнут, па је плава боја са спољашње стране. Како се много мања количина светлости двоструко одбија, секундарни лук се значајно слабије види.
Постоје и такозване монохроматске дуге. Понекад се догоди да пљусак буде у зору или сумрак, када су краће таласне дужине већ преломљене под великим углом у атмосфери. Ово значи да тај део светлости не пролази кроз капљице, и након преламања у капима као резултат можемо добити једнобојну дугу.
Једна од најмање познатих чињеница је та да дугу можемо видети и ноћу. Сунчева светлост одбијена од месеца такође се прелама на капљицама воде. Међутим, због мале количине светлости, ова врста дуге је веома тешко уочљива. Тако мала количина светлости недовољно побуђује рецепторе у људском оку, па нам се дуга може учинити сивом.Ноћну дугу најлакше можемо видети на фотографијама са веома дугом експозицијом.